基于藍牙傳輸?shù)膿Q流站區(qū)域溫度離線采集系統(tǒng)

廖毅 李星辰

摘要：由于在運換流站產(chǎn)生噪音過大擾亂附近居民正常生活，供電公司在換流站圍墻出加裝了隔音屏障。加裝隔音屏障后，換流站內設備常年處于一種高溫運行環(huán)境中，尤其是換流變區(qū)域內的二次控制柜。設計開發(fā)一種基于藍牙傳輸?shù)臏囟入x線采集系統(tǒng)，用于離線采集二次控制柜內不同區(qū)域的歷史溫度數(shù)據(jù)，進行二次控制柜不同區(qū)域的溫度趨勢分析。本文介紹了一種基于藍牙傳輸?shù)臏囟入x線采集系統(tǒng)系統(tǒng)架構和系統(tǒng)工作流程，并在某換流站選取二次控制柜內上、中、下三個位置進行安裝測試。測試結果表明，該系統(tǒng)具備安裝方便快捷，便于讀取歷史數(shù)據(jù)，運維人員更好的掌握二次控制柜的溫度分布，修正了過負荷運行時溫度閾值，便于運維人員有重點的進行巡視，同時為二次控制柜的環(huán)境治理積累了有效的基礎數(shù)據(jù)。

關鍵詞：換流站區(qū)域溫度；離線采集溫度；藍牙；二次控制柜

0引言

目前，已投入運行的直流換流站經(jīng)常受到附件居民投訴噪音過大，影響居民的正常生活[1]。多地供電公司為解決噪音擾民問題，在換流站圍墻加裝隔聲屏障[2]。

位于廣州的某換流站，加裝了隔音屏障解決噪音擾民問題，但廣州地處亞熱帶沿海，屬海洋性亞熱帶季風氣候，有溫暖多雨、光熱充足夏季長的特點，在環(huán)境溫度高、同時換流變散熱器散熱的基礎上，再包圍一層隔音屏障，使得換流變區(qū)域設備常年處于一種高溫的運行環(huán)境中。這對設備運行是一種考驗，特別是影響控制屏柜內的二次設備的運行。溫度變化是緩慢的，故在換流站二次控制柜內加裝一種基于藍牙傳輸?shù)膿Q流站區(qū)域環(huán)境溫度離線采集系統(tǒng)，方便運維人員巡視時直觀掌握二次屏柜區(qū)域的溫度變化趨勢。

電網(wǎng)數(shù)據(jù)的保密性要求高，站內采集的數(shù)據(jù)通過藍牙由運維人員匯總到手機APP中，通過Excel導出到工控機上進行統(tǒng)計分析。站內數(shù)據(jù)站內分析，保證數(shù)據(jù)傳輸安全。

基于藍牙傳輸?shù)膿Q流站區(qū)域環(huán)境溫度離線系統(tǒng)如圖 1所示，采用ARM核的CPU進行溫度采集。系統(tǒng)功率不大于100w，采用柜內照明供電AC220V為系統(tǒng)供電完全滿足系統(tǒng)運行需求，同時保證用電安全。

主控CPU電路

主控CPU采用ARM核單片機STM32F103C8T6，該單片機最高72MHz工作頻率，在存儲器的0等待周期訪問時可達1.25DMips/MHz，具備IIC、UART/USART接口設備，滿足該系統(tǒng)需求。單片機GPIO接口電路如圖 2所示。

溫濕度采集傳感器采用SHT20數(shù)字溫濕度傳感器，SHT20具有極高的可靠性和卓越的長期穩(wěn)定性，全量程標定，兩線數(shù)字接口，可與單片機直接相連。此外，SHT20體積微小、響應迅速、低能耗、可浸沒、抗干擾能力強、溫濕一體，兼有露點測量。

藍牙是一種短距無線通信技術。其傳輸距離一般為10 m，如果適當增加其發(fā)射功率，傳輸距離可達到十幾m。工作于2.4 GHz開放頻段，在此頻段傳輸，將有效降低換流站內的傳輸損耗，同時具有穿透障礙物，具備點對點或點對多點的數(shù)據(jù)傳輸?shù)葍?yōu)點[6]，在換流站環(huán)境下適合采用藍牙技術進行無線數(shù)據(jù)傳輸。

藍牙接口電路采用FBT-06型嵌入式近距離藍牙串口通訊模塊，該模塊遵循V2.1+EDR藍牙規(guī)范，內置天線。該模塊可與STM32F103C8T6單片機串口通信GPIO直連，如圖 4所示。

系統(tǒng)工作流程如圖 5所示，系統(tǒng)接入電源后，上電單片機系統(tǒng)初始化，完成單片機初始化后，單片機對藍牙模塊采用AT命令進行初始化。藍牙模塊初始化完成后，系統(tǒng)開始采集多點溫度，并保存在外部FLASH里，同時等待外部藍牙傳輸?shù)拿?。當有具備藍牙功能的手機APP靠近時，先進行命令校驗，檢驗成功后，系統(tǒng)通過藍牙自動上傳歷史溫度數(shù)據(jù)到運維人員手機APP上。

測試驗證

二次控制柜安裝測試

選取換流站某二次控制柜進行系統(tǒng)安裝，二次屏柜的外型尺寸長*寬*高分別為：1000×370×1800mm，二次控制柜如圖 6所示。

二次控制柜區(qū)域溫度分布趨勢分析，得出二次控制柜上方溫度高于中部和下部，運維人員在巡檢過程中，重點巡視二次控制柜上方區(qū)域的設備和接線，可在上部采取散熱措施。

區(qū)域溫度數(shù)據(jù)分析

直流系統(tǒng)過負荷的情況下，環(huán)境溫度決定了過負荷最大電流的大小。但由于換流變周圍加裝了隔音屏障，屏障內部的環(huán)境溫度遠高于過負荷邏輯中所取的環(huán)境溫度，這就影響過負荷邏輯計算所得的溫度閾值。例如，在夏季屏障內溫度遠超40度，高于現(xiàn)行設計的溫度40℃，油溫會更高。基于穗東站監(jiān)測數(shù)據(jù)，分析負荷和溫度之間的相關性，如圖9所示，負荷和油溫、環(huán)境溫度強相關。圖10為油溫和環(huán)境溫度、油溫和負荷的樣本數(shù)據(jù)分布。環(huán)境溫度的升高影響油溫以及線溫，如果此時過負荷運行，則大電流及較高的油溫、線溫，將會降低換流變絕緣強度，不利于直流系統(tǒng)的安全運行。

針對上述問題，利用穗東站迎峰度夏期間的監(jiān)測數(shù)據(jù)，分析屏障內外部溫差，在當前條件下提出新的環(huán)境溫度閾值，當超出該溫度閾值時，不允許直流系統(tǒng)過負荷運行。通過分析8月、9月屏障內外監(jiān)測的溫度數(shù)據(jù)，可知內部溫度高于外部的平均值為3℃。則在現(xiàn)有過負荷限制40℃的標準之上，修正閾值為37℃，當內部溫度高于37℃時告警，避免過負荷運行。

結論

通過基于藍牙傳輸?shù)膿Q流站區(qū)域溫度離線采集系統(tǒng)研究和安裝測試，該系統(tǒng)具備安裝方便快捷，便于讀取歷史數(shù)據(jù)，使運維人員更好的掌握了二次控制柜的溫度分布，為二次控制柜的環(huán)境治理積累了有效的基礎數(shù)據(jù)，同時修正了過負荷運行時溫度閾值，及時告警，避免過負荷運行。

參考文獻

傅高健，李國奇，陳建明，黃治軍，黃翔.某換流站噪聲擾民原因及對策[J].現(xiàn)代制造技術與裝備，2018，06：153-155.

樊小鵬，李麗，劉嘉文.±500kV換流站噪聲污染分析及控制措施研究[J].電力科技與環(huán)保，2017，33（2）：5-8.

周瑞雙.基于物聯(lián)網(wǎng)技術的變電站溫度數(shù)據(jù)分析方法研究[D] .保定，華北電力大學，2013.